14개의 팔 모양 입자가 균일하게 달린 이원 구조 금 나노입자가 개발됐다. 화폐 보안이나 생체 치료 물질로 응용 가능할 전망이다.
KAIST는 박오옥 생명화학공학과 교수와 한상우 화학과 교수, 김도엽 한국화학연구원 선임연구원이 공동으로 팔 모양 입자 주변에서 전기장을 강하게 증폭시켜 미량의 물질을 검출할 수 있는 신기술을 개발했다고 10일 밝혔다.
연구결과는 광학 재료분야 학술지 `저널 오브 머티리얼스 케미스트리 씨(Journal of Materials Chemistry C)`(4월 21일자) 표지논문으로 게재됐다.
중심에 팔 모양 입자가 달린 이원구조의 금 나노입자는 외부 빛과 반응해 팔 모양 주변에서 전기장이 강하게 증폭된다. 이를 통해 금 나노입자를 기판으로 활용해 물질을 그 위에 올리면 적은 농도로도 쉽게 미량의 물질을 검출할 수 있다.
하지만 중심 나노입자에 달린 팔 모양 입자의 크기, 길이를 정밀하게 제어하는 일이 난제였다. 이 때문에 늘 형태가 제각각인 금 나노입자만 얻을 수 있었다. 팔의 개수나 크기, 형태는 나노입자 광학특성 및 전기장 증폭에 큰 영향을 미친다.
연구팀은 문제 해결을 위해 14개의 꼭지점을 갖는 사방십이면체 형태의 금 나노입자를 먼저 합성 후 꼭지점 부분만 선택적으로 성장시키는 방법을 썼다. 이를 통해 팔이 14개 달린 이원구조의 금 나노입자를 합성하고 팔 크기나 길이를 조절해 광학특성 및 전기장 세기 증폭을 제어하는데 성공했다.
연구팀은 가장 팔이 짧은 3.2㎚에서 가장 강한 라만 신호를 나타내는 것도 확인했다.
연구팀은 이 기술을 표면증강라만분광(surface-enhanced Raman spectroscopy)에 이용한다면 물질의 분자 검출 및 분석 등에 응용할 수 있을 것으로 내다봤다.
박 교수 연구팀은 유난 시아(Younan Xia) 미국 워싱턴대 교수와 공동연구를 통해 6개의 팔 모양 입자가 달린 이원구조의 금 나노입자 합성기술을 개발한 바 있다.
박오옥 교수는 “라만분광법을 이용한 물질 검출이나 화폐 보안물질 등에 응용 가능할 것”이라고 기대했다.
연구는 미래창조과학부 산하 한국연구재단 선도연구센터지원사업, 나노·소재기술개발사업 및 기초연구사업과 KAIST 기후변화연구허브사업 지원을 받아 수행했다.
대전=박희범 과학기술 전문기자 hbpark@etnews.com